#《解析塑胶射出成型模具冷却不良导致的问题》

解析塑胶射出成型模具冷却不良导致的问题摘要：塑胶射出成型模的;冷却设计不佳产生的问题，不像浇注系统那样一目了然，可以检视成型品外观或者观查”顺序短射，以找出可能的症以检视成型品外观或者观查”顺序短射，以找出可能的症结。业者因不明究理的模具;冷却不良而导致的浪费和损失非常可观，然而，亟思脱困而不可得。本文以案例解析冷却不良带来的几项代表性问题。关键字冷却系统 、一连串短射 、热传、冷却孔道 、障板管 、喷泉管、热管 、冷却液 、模温机、配管、歧管 、软管镶块、超临界流体微发泡射出成型、光弹图t翘曲变形、公和母模侧、成型周期热传导率t对流的热传率t努塞尔特数、雷诺数层流r普郎特数、紊流热传导系数、密度 、比热残余应力***■一、前言塑胶射出成型模具的冷却系统往往被忽视，这是因为;冷却系统和浇注系统之间的热传 关系不被理解，不晓得不时冒出的问题当中，到底和冷却不佳有何关联。 本文解析冷却不良产生的典型缺陷，并且阐述问题产生的来龙去脉。了因果、知生死，才能药到病除、起死回生。二冷却系统塑胶射出成型的冷却系统包括模板和模仁 内的冷却孔道及装置 如障板管 f见图、喷泉管 l见图、热管 ，见图等。

图喷泉管蒸赞部位熟输入 凝^部位熟输出熔心隹细詈］ 1111wick(capillary)图热管冷却系统也包括供给和回收冷却液 的装置和配管 ，如模温机、管线 、歧管 ，见图、软管 等，模温机调整;冷却液温度到一设定温度范围，配管衔接模温机和挂在射出成型机上的模具，歧管将;冷却液分流或汇集，软管则衔接歧管和模具见图或模具中不同的水路。图歧管和软管以曲线代表和模具三、因冷却不佳而导致的外观问题冷却不均使得塑件各区域的固化有其先后，后固化的塑胶拉伸应力大，其表面光泽明亮，反之则较晦暗导致阴阳面的生成，伤及外观品质。图是一汽车内饰件，材料是添加三元乙丙橡胶的聚丙烯，表面光泽差异大使得塑件不被接受。其二处光泽有异的区域背后，各有一镶块，其内并无冷却孔道及装置，然而包围镶块的模仁内则有冷却孔道及装置。塑胶因冷却不均而收缩不均，造成表面光泽的差异。

图一汽车内饰件的表面光泽差异大模温高且均匀，残余应力小，对不透明件而言，其表面光泽度高。图是二超临界流体微发泡射出成型 的塑件。下面的塑件是以蒸汽均匀加热的高模温模成型的，与模腔的抛光面对应的塑件表面光可鉴人，与模腔的咬花面对应的塑件表面匀称柔和。上面塑件是以传统较低且不均匀的模温成型，不但黯然失色，而且光泽不均。上件是以传统模温成型。模温高且均匀，对透明件而言，其透明度好。图是对应于100 、120和140 模温成型的透明件的光弹图 。可以看出模温愈高，其色彩变化愈缓且匀，说明其残余应力低、透明度好。

I1WG盥.12TC磔.MTC模温一图对应于100、120和140模温成型的透明件的光弹图四、因冷却不均而导致的变形问题塑胶射出成型的充填阶段采用高模温，可以确保产品的品质如高光无痕，后充填阶段采用低模温，可以缩短周期时间，这样高低模温交替以兼顾产品品质与生产效率的技术就叫作高低模温变换技术。采用此一方式生产高光免喷涂的产品，往往因为变形的问题而困扰不已。原因常常是母和公模在充填阶段分别采用高和低的模温，母和公模侧的散热与型腔的中心面不对称，增加对此一中心面不对称的残余应力，使得扳转产品变形的弯曲力矩增加，产品变形就比较大。图是一采用高低模温变换技术射出成型的的4□寸电视机前框。原来母和公模模温在充填阶段分别为120和50,在后充填阶段则都是50,结果该电视机前框向母模凹。图是一采用高低模温变换技术射出成型的 电视机前框。经 模拟,将母和公模模温在充填阶段都改成145 ,而在后充填阶段都改成10 ，变形减少 ，冷却时间基本不变，而因充填阶段采用的模温是 的玻璃转移温度 ，产品表面的高光效果较前为佳。图是一添加 玻璃纤维的聚对苯二甲酸丁二醇酯 的继电器部品，其长方型盒状产品的侧壁，有向内凸 的情形，这往往是四个内角隅的;冷却不足，造成盒内外冷却不均与收缩不均的结果。图一继电器部品侧壁向内凸冷却均衡要考虑塑件在公和母模侧 的;冷却要对塑件的中心面对称，也要考虑塑件在单侧公或母模侧的;令却匀称，否则都会导致塑胶的收缩不均、较高的残余应力和较大的变形。五、因冷却不佳而导致长的成型周期冷却时间约占成型周期 时间的 ，如果冷却时间长，成型周期时间就难以缩短。要缩短冷却时间就要从热传的基本公式着手。图和图 分别是热传导率和对流的热传率的计算公式。where久,hfheafe相H的Jom醍/依的"熟牌埠率k的rherffieri仅加九七⑶炉.joulesJsecm3- 熟睥埠保眼Aisths/teartransferwho.em~.时他面稽LisFhedisEanccActncert点ighEtdfnwfenipcrctturvplaces,nn.起低溜融的距雄A/ixthediffcrffucvb^iwc&ix/iehighertempercinrrc了亮丽dtfickfwcrfetuperainre/加・'高检总的温差图热传导率的计算公式

竹流的熟博率诃卜时茎竹流的熟博率Sisrateofheat厅。R淞/byconveerion,jaiiies■,'second.hc#averageimirfhenftaicotivecfivecotfdtrctanceorconvectiveheat-fransjercoefficient,joules/secand-cjtti-9C.封流的熟博像教Aisheattransferarea^ent~.熟胭面稹八Tisdiffefencebetweentheaurfitcelentpe/ethire7\andaW/npEFd，式度ofthefluidTfalsomespecifiedlocation,。「，冷却液和壁温的温差可从图计算公式求解。小于的层流可从图计算公式求解。小于的层流和长径比大于的长管；图的n普郎特数大于 和长图 中的对流的热传系数 或或图的努塞尔特数图 的公式适用于雷诺数、普郎特数 大于公式则适用于雷诺数大于 的紊流径比大于的长管。瓯；=1斗气吟『图.""加" 相酎管房的平均努塞前特教I—1■ I IApw.nris门mwdNMs&whnumberAW0■fr.Djrkwirhrespecffothe theducfL.Rc0/yReTmidsrfumbiT,8雷诺数PrFJCPtirrJiftffl普甥将敕国讨hydrauti^^./珈「。/一，—水力意慰weMiHperimeterk,p, <tWfjarefhermalcofTdHciivfyt^tens/fjfspeeifrefrejst r/scosrespe^livJy.料ish,^cK小曰/buikmmmfcj叩州皿摩. 冷盆I液在均;温瞪■的愁度四八，,禽cosUyarh-sW植"h西甘w 冷却液在壁温畤■的粘度电仃—w口同?产白期:射流的熟傅佛:敷和长径比和长径比图努塞尔特数计算公式适用于雷诺数小于 、普郎特数大于和长径比和长径比大于的长管丽亚=O.O23Rep/1上" 相封管鼠的平均努塞密特救Ahpu?*"top口内 mmfrtrA"m-&jD^R可寸咕EpuE启fhv沁飞山/fhcditcfL.R%后■如；吗上.雷诺瞰PrhPr阴即通用占时,.普朗特数kj11M j_/7oiFtr<WJ-»cF/SFw/^vrflh3sD„rj加/m由■/gm*/都:41 ,水力再像“RJWptrrmrJcr也fjcommTna”而re国松封流的熟传像数Jt,队£fand/aareiirerm£rlcondr/cfivfyrdensifyipeci/iche^tandriicosiA：re^peetiv^k・p、Gp和JJ分别悬熟卿厚保畋、密度•比黏和黏度匕图努塞尔特数计算公式适用于雷诺数大于 、普郎特数大于大于的长管从前述热传的公式可知：任何可以减少从高温塑胶到低温冷却液的热传通路或为固态、液态或气态上的热阻的方法都可以一试，以提高热传效率。当热传通路是静态时，塑胶与冷却液的温差愈大、静态介质的热传导系数愈大、热传通路的断面积 愈大或和长度愈短，热通量 愈大、冷却时间愈短；而当热传通路是流体时，壁面与;冷却液的温差愈大、流体的流速愈快、流体的黏度愈小、流体介质的密度 、热传导系数或和比热 愈大、热传通路的断面积愈大，热通量愈大、冷却时间愈短。一般担负主要冷却任务的;冷却孔道中的;冷却液要保持紊流的状态，才能充分利用热传方向冷却液的对流以有效的移除模具内的热量。从图中适用于紊流的努塞尔特数计算公式，可以导出图 的对流的热传率计算公式。=0.023Re0sPr033or口.羽„0.8qc=MAT1=0,023- u u.4.1 八u.l图适用于紊流的对流的热传率计算公式从图中可以看出对流的热传率与冷却液的流速的 次方成正比，流速对热传率的影响几乎与温差A是等量齐观的。黏度的影响也不可小看，除了公式说明热传率与黏度的 次方成反比外，实际上黏度提高时，热传率会降得更多，这是因为一般模温机回收和供给;冷却液的进出口之间的压力降有其上限，当;冷却液黏度增加时，流量和流速就会降低，在黏度增加和流速减少的双重影响下热传率会更低。这就是为什么能用水取代油作为冷却液，就不再用油的缘故。至于热性质的影响：热传率分别与密度、热传导系数和比热的 、和 次方成正比，前者的影响大于后者。冷却不均也会延长成型周期。这是因为;冷却不均使得塑胶收缩不均，而在塑件固化后留下较高的残余应力 ，如果太早开模和顶出塑件，塑件太软，在高残余应力下，塑件变形较大。业者对策往往是延长冷却时间，使得强迫在模腔内定型的塑件降温到其强度足以克制其内的残余应力为止，这样成型周期就会因为;冷却时间的延长而变长。图是二热嘴四型腔汽车座椅聚甲酸 母螺杆模中出